<<<  Back

2021, № 91

UDC: 630*.1
GSNTI: 06.01.05

Genotype-environment interaction and breeding of Pinus sylvestris L. for drought and stress resistance

The life cycle of Pinus sylvestris L. was traced from the laying of generative organs to the natural death of forest ecosystems. It is shown that each generation of forest passes by turns all the variants of combinations genotypic and modificational variability, and interactions with the environment (substrate and climate). The preservation of species norm, genetic diversity and resilience is the main principle of its organization in successive generations. The patterns that characterize the cyclical changes in the genotypic composition and the genotype-environment interaction (GEI) in the course of stages and in the time of their replacement are described. During microsporogenesis and megasporogenesis (stage 1), the development stability of sporogenous cells (male, female) ensures the homeostasis of mother tree and the microclimate inside the buds. The gametogenesis and embryogenesis beginning (stages 2-3) is associated with expansion of the genotypic variability of male and female gametes, embryos, and natural selection in the course of stages leads to its narrowing. At the ontogenesis beginning, the modificational variability of seedlings increases, and in the process of population formation it decreases. The GEI connection with nucellus, endosperm and soil substrate increases in the course of stages and in the time of their replacement has weakened. The morphological effect of GEI connections is manifested on the contrasting ecological conditions (drought, cretaceous soils) at the inter-population, intra-population, and organism levels. The GEI role for adaptive selection and fieldworks on the detection of drought-resistant and stress-resistant populations and valuable pine genotypes is discussed.
Keywords: Scots pine, genetic diversity, genotype-environment interaction, resilience, adaptive selection.
DOI: 10.21515/1999-1703-91-181-186

References:

1. Михеев, А. Н. Проблемы теории биологической эволюции (Пролегомены эволюционистики) / А. Н. Михеев. - Киев: Фитосоциоцентр, 2014. - 199 с.
2. Kijowska-Oberc, J. Adaptation of forest trees to rapidly changing climate / J. Kijowska-Oberc, A. V. Staszak, J. Kaminski, E. Ratajczak. // Forests. - 2020. - № 11 (2). - P. 123-147.
3. Драгавцев, В. А. Модель эколого-генетического контроля количественных признаков растений / В. А. Драгавцев, П. П. Литун, Н. М. Шкель, Н. Н. Нечипоренко. // Докл. АН СССР. - 1984. - № 3 (274). - С. 720-723.
4. Кочерина, Н. В. Введение в теорию эколого-генетической организации полигенных признаков растений и теорию селекционных индексов / Н. В. Кочерина, В. А. Драгавцев. - СПб.: Изд. Центр «Дон Боско», 2008. - 86 с.
5. Krakau, U-K. Scots pine (Pinus sylvestris L.) / U-K. Krakau, M. Liesebach, T. Aronen, M-A. Letu-Walter, V. Schneck. // Forest tree breeding in Europe: Current state and perspective. - Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2013. - P. 267-323.
6. Cavers, S. The basis of resilience in forest tree species and its use in adaptive forest management in Britain / S. Cavers, J. E. Cottrell // Forestry: An International Journal of Forest Research. - 2015. - № 1 (88). - P. 13-26.
7. Кузнецова, Н. Ф. Оценка селекционного материала и сортоиспытание засухоустойчивого сорта сосна Острогожская / Н. Ф. Кузнецова. // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2020. - № 85. - С. 104-109.
8. Bozzola, J. J. Electron microscopy: prenciples and techniques for biologists / J. J. Bozzola, L. D. Russell. - Boston: Jones and Bartlett Publ., 1999. - 670 p.
9. Singh, H. Embryology of Gymnosperms / H. Singh. // Encyclop. Plant Anatomy. - Berlin-Stuttgart: Gebrüder Borntraeger, 1978. - Vol. X. - 302 р.
10. Козубов, Г. М. Репродуктивные структуры голосеменных (сравнительное описание) / Г. М. Козубов, В. В. Тренин, М. А.Тихова, В. П. Кондратьева. - Л.: Наука, 1982. - 104 с.
11. Тренин, В. В. Введение в цитоэмбриологию хвойных / В. В. Тренин. - Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1988. - 151 с.
12. Kuznetsova, N. F. Introduction to the three-plane corpuscular-wave nature of forest tree species / N. F. Kuznetsova. - New-York: Nova Science Publ., 2010. - 346 p.
13. Кузнецова, Н. Ф. Репродуктивное развитие инициали спорофита Pinus sylvestris L. / Н. Ф. Кузнецова. // Цитология. - 2002. - № 2 (44). - С. 159-165.
14. Минина, Е. Г. Морфогенез и проявление пола у хвойных / Е. Г. Минина, Н. А. Ларионова. - М.: Наука, 1979. - 215 с.
15. Носкова, Н. Е. Репродукция сосны обыкновенной в условиях глобального изменения климата и стратегические пути сохранения вида / Н. Е. Носкова, И. Н. Третьякова // Хвойные бореальной зоны. - 2011. - № 1(XXVIII). - С. 41-47.
16. Кузнецова, Н. Ф. Развитие мужского гаметофита сосны обыкновенной при самоопылении и свободном опылении / Н. Ф. Кузнецова. // Лесоведение. - 1991. - № 3. - С. 27-33.
17. Кузнецова, Н. Ф. Направления отбора в жизненном цикле сосны обыкновенной / Н. Ф. Кузнецова // Лесоведение. - 2003. - № 4. - С. 9-16.
18. Правдин, Л. Ф. Сосна обыкновенная: изменчивость, внутривидовая систематика и селекция / Л. Ф. Правдин. - М.: Наука, 1964. - 192 с.
19. Мамаев, С. А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений / С. А. Мамаев. - Москва: Наука, 1973. - 283 с.
20. Санников, С. Н. Дифференциация популяций сосны обыкновенной / С. Н. Санников, И. В. Петрова. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 247 с.
21. Lefevre, F. Considering evolutionary processes in adaptive forestry / L. Lefevre, T. Boivin, A. Bontemps, F. Courbet, H. Davi, M. Durand-Gillmann, B. Fady, J. Gauzere, C. Gidoin. // Annals of For. Sci. - 2014. - № 71. - P. 723-739.

Authors:

1. Kuznetsova Nina Fedorovna, PhD in Biology, ed. scientific. employee, head. lab. ecological genetics, The Federal State Budget Institution “All-Russian Research Institute of Forest Genetics, Breeding and Biotechnology”.